半导体行业转债梳理：景气度仍在持续，国产替代加速进行

1、半导体行业景气度持续 2020年三季度至2021年末，新能源汽车、光伏和风力发电以及5G基站建设助推半导体行业持续景气。随着新能源车、光伏和风力发电渗透率的持续提升，对半导体产品的需求会出现成倍增长。2022年，晶圆产能稀缺的局面未得到明显缓解，下游新能源汽车、光伏和风力发电以及5G基站建设需求的增长使得半导体行业持续景气。新能源车方面，根据行业研究机构Trendforce的统计数据，传统油车中半导体的单车价值量在450美元左右，新能源车中，混合动力汽车半导体的单车价值量上升至735美元，纯电动车半导体价值量上升至750美元左右。根据海思在2021年中国汽车半导体产业大会发布的数据，2021年全球汽车半导体市场规模约为504.7亿美元，预计到到2025年，汽车半导体市场规模接近766.1亿美元。光伏和风力发电方面，光伏及风力电站需要用到大量的逆变器和整流器，逆变器和变流器中需要大量功率器件支持，包括IGBT单管、MOS分立器件、IGBT模块和SiCMOSFET模块等。5G基站建设方面，5G基站更高的铺设密度、更大的功率需要更多电源管理系统，每个电源管理系统中最多有近百个MOSFET，通信用功率器件需求将大幅增长。 2、半导体行业重点细分环节 1）溅射靶材。随着消费电子、汽车电子、物联网等终端消费行业的快速迭代发展，全球半导体靶材的需求规模仍将持续增长。据江丰电子可转债募集说明书援引智研咨询数据，中国半导体靶材市场规模2019年已达47.7亿元，同比增长率高达35.9%，2022年中国半导体靶材的市场规模预计将达到75.1亿元。 2）集成电路设计端。相比于传统IDM，“Fabless设计+代工模式”或更适应未来发展。根据中国半导体行业协会的统计数据，我国集成电路设计环节的累计销售额从2010年的383亿元增长至2021年的10114.1亿元，CAGR高达34.66%，高于集成电路行业的整体增速，设计环节在集成电路产业链中的占比也从2010年的11.29%提升至2021年的43.68%。 3）功率半导体。在功率半导体的传统领域，例如工控、白色家电等，市场需求增速在放缓，对于海外厂商的替代也几乎完成；而新能源车和光伏发电目前还处于加速渗透阶段，不仅下游需求增速维持在较高水平，还能够通过国产替代取得更多市场份额，未来新能源车、新能源发电以及5G应用等领域将会成为国内功率半导体新的“增长极”。 3、半导体行业个券梳理 半导体行业细分领域较多，转债市场上属于半导体行业上下游的个券多达18只，我们重点关注溅射靶材、集成电路设计、功率半导体、封装设备这四个环节对应的转债，并对有关公司的具体业务和公司优势进行梳理，供投资者参考。具体个券有：江丰转债、国微转债、闻泰转债、捷捷转债和华兴转债。 4、风险提示 1）行业景气度下行风险； 2）行业竞争加剧的风险 3）中美贸易摩擦对半导体业务带来的风险。 1、半导体行业景气度持续 1.1、半导体行业处于景气周期 自半导体诞生以来，半导体行业经历了三轮完整的发展周期： 第一轮周期发生在1970年代末至1990年代中期，主要由于PC、工业级计算机的推动，半导体销售额快速增长，1995年，全球半导体的年销售额已经突破1000亿美元，达到历史高位，随后半导体产业有所回落。 2002年年初至2007年末，半导体迎来了新一轮周期，这一轮周期主要由蜂窝电话、3G通信、消费电子共同推动。据美国半导体行业协会数据，这一阶段全球半导体的销售额从2002年年初的1002亿美元增长至2007年末的2228亿美元，CAGR为14.25%。 第三轮周期从2010年开始，至2014年结束，这一轮周期主要由智能手机、4G网络推动，智能手机的快速普及带动全球半导体产业下游需求增长，助推半导体销售额持续上升。2014年后，由于智能手机的渗透率达到高位，智能手机的出货量日渐平稳，2014年至2016年半导体行业销售额涨幅并不大，在个别月份销售额略有下降。 2017年开始，半导体行业迎来第四轮发展周期。2017年起，半导体产业受存储业务需求增长销售额再次明显提升。2018年下半年受中美贸易摩擦和全球经济下行的影响，半导体行业的全球销售额出现较大的萎缩，从2018年10月的4211亿美元下滑至2019年4月的3244亿美元。但是半导体的发展周期并未中断，2019年下半年，半导体产业出现复苏迹象，华为公司为应对制裁从2019年底开始大量备货芯片也加速了半导体行业整体回暖。2019年末，全球半导体的销售额回升至3617亿美元。尽管在2020年半导体行业的复苏进程受到新冠肺炎疫情的影响，但在家办公、远程办公等新的办公形势促进了PC端销售激增。至2020年三季度初，电子元器件主要下游应用领域的需求增多，新能源汽车、可穿戴设备、5G、高性能计算机、人工智能等领域均出现明显增长,半导体行业景气度仍在持续。2019年末至2021年末，全球半导体的销售金额从3617亿美元增至5085亿美元，CAGR达18.57%。 在本轮发展周期中，半导体行业供给端的产能明显不足：一方面受到全球疫情的影响，建厂、扩产和验证的节奏明显放缓；另一方面，很多晶圆厂对汽车电子需求的快速增长预判不足，使得产线改造慢于预期。在晶圆厂商基本处于满负荷的情况下，晶圆仍然稀缺。持续缺芯的情况使得半导体整个产业链出现晶圆短缺——价格齐涨——驱动行业持续景气的情形。国内半导体厂商还受益于海外供应链供给不足，国产替代争取市场份额的逻辑，2021年国内半导体行业整体表现较好。2022年，晶圆产能稀缺的局面未得到明显缓解，需求端的需求增长助推半导体行业持续景气。 图表1：全球半导体累计销售额 1.2、半导体景气度判断 1.2.1、下游三大应用需求助推半导体行业持续景气 2020年三季度至2021年末，新能源汽车、光伏和风力发电以及5G应用助推半导体行业持续景气。2022年，我们认为上述三大板块仍是半导体行业需求端增长的重要动力，并且随着新能源车、光伏和风力发电渗透率的持续提升，对半导体产品的需求会出现成倍增长，半导体行业将持续景气。 1.2.1.1、新能源汽车 新能源车渗透率不断提高，带动车规级半导用量和单车价值量共同增长，车规级半导体有望成为最景气的半导体细分环节。在政策与成本的推动下，电动车将逐步替代燃油车，根据中汽协数据，截止2022年3月，我国新能源车的渗透率达24.7%，根据中汽协预测，2022年新能源车销量有望突破500万辆，同比增长47%。在新能源车销量维持高速增长，渗透率不断提高的情况下，对车规级芯片的需求将大幅提升。 汽车芯片从应用环节可以分为5大类：主控芯片、功率芯片、模拟芯片及存储、信号接口等其他芯片。2020年按各类芯片的销售额统计，主控芯片占比27.1%，功率芯片占比23.5%，模拟芯片占比12.3%，存储芯片及信号与接口芯片合计占比37.2%。根据中汽协的统计数据，传统汽车单车需要芯片为500-600颗，新能源车单车所需芯片较传统燃油车翻倍，达到1000-2000颗。随着新能源车加速渗透，对于车规半导体的需求将逐渐增多，2020年车用芯片市场达到439亿颗，预计到2026年将达到903亿颗。 图表2：按销售额统计各类汽车芯片占比 根据行业研究机构Trendforce的统计数据，从单车价值量来看，传统油车中半导体的单车价值量在450美元左右，新能源车中，混合动力汽车半导体的单车价值量上升至735美元，纯电动车半导体价值量上升至750美元左右。根据海思在2021年中国汽车半导体产业大会发布的数据，2021年全球汽车半导体市场规模约为504.7亿美元，预计到2025年，汽车半导体市场规模接近766.1亿美元；至2027年，汽车半导体市场规模接近951.7亿美元。 图表3：全球汽车半导体市场规模统计及预测 图表4：不同汽车半导体总价值及各部分价值量对比（2020年） 1）汽车电动化 在汽车电动化领域，车用半导体增长较多的领域是功率半导体。传统汽车中，功率半导体主要应用于启动、发电和安全领域，包括直流电机、电磁阀、继电器、LED驱动等，硅基MOSFET、IGBT及模块即可满足需求。而新能源车普遍采用高压电路，当电池输出高压时，需要频繁进行电压变化，对电压转换电路需求提升，此外还需要大量的DC-AC逆变器、变压器、换流器、高压辅助驱动等，这些器件对IGBT、MOSFET等功率半导体的需求量巨大，甚至会用第三代半导体（SiC、GaN）取代传统硅基半导体。传统油车中，功率半导体单车价值量约为50美元，混合动力型汽车中功率半导体的单车价值量增长至300美元，纯电动车中功率半导体的单车价值量增至455美元。 2）汽车智能化 智能化驾驶是未来的发展趋势，根据中汽协测算，2020年ADAS主要功能市场规模达844亿元，同比增长19.3%。随着5G逐步落地，主机厂纷纷推出搭载ADAS功能的新车型，ADAS各功能渗透率加速提升，到2025年智能汽车市场规模达到2250亿元。 根据英飞凌在2020年的预测，L2级别的自动驾驶汽车所携带的半导体单车价值量可达到160-180美元，L5级别的自动驾驶汽车则提升至1150-1250美元。汽车智能化带动的半导体增量主要来源于模拟芯片和主控芯片。智能驾驶通过传感器获得大量数据，自动驾驶的程度越高，需要的传感器就越多，传感器收集信号后需要模拟芯片将这类信号转换为数字信号。L2级别的汽车大约带有6个传感器，L5级别的汽车预计将携带32个传感器，这些传感器包括超声波雷达、长距离雷达、环视摄像头、立体摄像机、激光雷达、航位推算等。 在主控芯片方面，随着自动化驾驶程度越来越高，智能汽车对芯片算力的要求也越来越高，需要搭载的高算力MCU也越来越多。传统燃油车可能仅需要70颗MCU芯片，主要应用于传统动力系统如引擎控制、离合器控制等；而智能汽车可能需要300颗MCU芯片，并且对32位高算力的MCU需求较多，32位的MCU芯片主要用于智能驾驶安全系统、引擎控制、车身控制、智能座舱等。 1.2.1.2、光伏及风力发电 光伏及风力电站需要用到大量的逆变器和整流器，在逆变器和整流器中需要功率器件支持。新能源发电输出的电能无法直接接入电网，需要通过整流器整流为直流电，再逆变为交流电才能接入电网。而逆变器和变流器中核心的功率器件是IGBT单管、MOS分立器件、IGBT模块和SiCMOSFET模块。 1）光伏领域 光伏逆变器并不仅仅是将直流电转变为交流电，光伏逆变器还要与电网实现交互，使得光伏发电系统能够高效输出电流。根据逆变器适用场合，可将光伏逆变器分为集中式逆变器、组串式逆变器以及微型逆变器，不同功率段的光伏发电场景选取不同的逆变器。一般情况下，1.5KW以下项目（家庭户用光伏发电系统）选用微型逆变器；1KW-6KW（如中小型屋顶光伏发电系统和小型地面电站等）选用单相组串式逆变器；5KW-200KW（商业屋顶光伏发电系统、中小型电站等）选用三相组串式逆变器；600KW以上的项目（如大型厂房、荒漠电站、地面电站等大型发电系统）选用集中式逆变器。目前逆变器市场以集中式和组串式的逆变器为主，微型逆变器占比较少。集中式逆变器中通常使用多个逆变器并联，例如500KW的集中式光伏逆变器中通常使用4只125KW的逆变器并联，125KW的逆变器中通常需要3个半桥的1200V/600AIGBT模块，一个半桥模块中需要2组IGBT芯片，每一组共有4颗150A的芯片，因此一个半桥模块中需要用到8颗IGBT芯片。在组串式光伏逆变器较集中式光伏逆变器复杂，需要用到的功率器件更多，根据不同的功率需求可以选择多个IGBT单管并联，也可选择IGBT模块。根据中国光伏行业协会的统计及预测，至2025年全球光伏IGBT市场规模将提升至58亿元（按销售额，下同），中国光伏IGBT的市场规模将提升至38亿元。 图表5：全球及中国光伏IGBT市场空间 统计区间：2020年为实际值，2021年至2026年为中国光伏业协会预测值。2